去学水电站防渗帷幕区域岩溶处理施工方法

许 天 龙

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)



去学水电站防渗帷幕区域岩溶处理施工方法

许 天 龙

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

去学水电站拦河坝为目前世界上在建最高的沥青混凝土心墙坝，最大坝高171.2 m，其右岸坝址区岩溶极为发育。对去学水电站右岸坝址区防渗帷幕施工区域岩溶处理施工方法进行了详细的总结说明，对于存在类似地质情况的岩溶处理具有一定的借鉴意义。

去学水电站；防渗帷幕；岩溶处理；施工方法

1 工程概述

四川硕曲河去学水电站位于定曲河(金沙江一级支流)最大支流硕曲河干流上。去学水电站工程采用混合式开发。工程等别为二等，工程规模为大(2)型；正常蓄水位高程为2 330 m，水库总库容1.326亿m3，电站装机容量为246 MW。

去学水电站拦河坝为目前世界上在建最高的沥青混凝土心墙坝，最大坝高171.2 m。据坝址区地质测绘成果统计，坝址区地表共发现17条断层，且以N15°W～SN/SW∠50°～60°为主，其中规模较大的断层为F109。

坝址区溶蚀裂隙较为发育，以顺层溶蚀裂隙最为普遍，溶蚀裂隙顺层延伸忽宽忽窄，长度为50～150 m，常见宽度为0.1～0.5 m。鉴于右岸坝址区岩溶分布较多，笔者根据不同岩溶的发育情况制定出切实有效的处理方案并进行了有针对性地岩溶处理，取得了较好的治理效果。

2 右岸渗漏特征分析与治理措施的制定与实施

2.1 右岸渗漏特征分析

坝址区右岸的渗漏型式与岩溶发育情况和构造有密切关系。从岩溶发育情况、风化、卸荷、构造上考虑，综合钻孔勘探、物探测试成果分析得知，坝址区右岸渗漏形式分为三个区：(1)基岩裂隙型渗漏发育区——A区；(2)溶蚀裂隙型渗漏发育区——B区；(3)岩溶管道型渗漏发育区——C区(图1)。

(1)基岩裂隙型渗漏发育区—A区。

基岩裂隙型渗漏发育区岩溶不发育，岩体一般较完整，渗漏型式以基岩裂隙型渗漏为主。

(2)溶蚀裂隙型渗漏发育区—B区。

溶蚀裂隙型渗漏发育区分布在坝横0+156～0+297、高程2 150～2 316 m之间，为一直立的壶形区域。区域内卸荷带发育，岩体破碎，岩石蚀变强烈，岩溶以溶蚀裂隙与溶蚀孔隙为主，渗漏型式为溶蚀裂隙型渗漏。

(3)岩溶管道型渗漏发育区—C区。

岩溶管道型渗漏发育区即SK1发育区，分布在坝横0+227～0+284、高程2 238～2 248 m之间，为一近水平的条形区域。区内溶洞发育，溶洞被粘土完全充填，渗漏型式为岩溶管道型渗漏。

2.2 岩溶治理措施及实施

2.2.1 岩溶区溶孔部位的灌浆施工

由于坝址区普遍分布可溶岩体，故区域内溶蚀孔洞较为发育，主要表现为独立小溶孔，部分为顺层发育的串珠状溶孔(溶洞)，针对该类地层岩溶采取的专项处理方法为：

(1)勘察阶段坝址区岩石力学试验结果表明：坝址区岩体在2～3 MPa压力作用下即产生劈裂破坏，因此，对独立小溶孔的灌浆起灌应采用2∶1的稀浆灌注，当起压力时有回浆的情况下，用2∶1浆液一次灌注至设计压力，然后迅速充填岩溶区域溶孔；

(2)在灌浆过程中出现注入率突然增大而压力变化不大时，应采用原浆液持续灌注，同时观察灌浆区域是否出现串、冒、漏浆现象；若无，则直至达到设计压力，灌至规定的结束标准；若出现串、冒、漏浆现象，应采取镶缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法进行处理，直至其达到规定的结束标准；

图1 大坝右岸防渗分区图(单位：m)

(3)当灌浆过程中出现注入率增加较大而灌浆压力逐渐减小时，应逐级变浓灌注浆液；当变浓一级浆液灌注后，若压力逐渐上升，则不应再变浓浆液持续灌注，直至达到设计压力，灌至规定的结束标准；

(4)当灌浆浆液变浓至0.5∶1的水灰比后，灌浆注入率仍然较大且无回浆时，应采取限流、限量、间歇、待凝措施进行灌注。当采取上述措施灌注后出现回浆时，应持续灌注至升压。当采取上述措施灌注后仍无压、无回浆时，则灌注至水泥干耗10 t后待凝，复灌时应查明原因，制定特殊孔段灌浆措施后进行灌注，灌至规定的结束标准。

2.2.2 溶蚀裂隙的灌浆施工

通过对前期进行的去学水电站右岸SK1岩溶系统专项勘察及生产性灌浆试验成果进行分析得知，去学水电站坝址区溶蚀裂隙主要为以下几种：(1)无充填型溶蚀裂隙；(2)溶蚀夹层或缓倾角溶蚀破碎带；(3)充填型溶蚀裂隙。针对以上地层的岩溶采用的专项处理方法主要为以下几种。

(1)无充填型溶蚀裂隙的灌浆施工。

无充填型溶蚀裂隙在钻孔过程中主要表现为轻微掉钻或不返水。这一情况的出现有可能是该溶蚀裂隙与附近某个溶洞或溶蚀管道存在溶蚀裂隙连通，因此，灌浆时必须对与该溶蚀裂隙连通的小溶洞或溶蚀管道进行填充或封堵。

①灌浆前采用钻孔数字成像仪对出现掉钻的部位进行探测，初步查明该部位的岩溶情况，或通过连通试验查明该溶蚀裂隙的连通性，制定有针对性的灌浆处理方法，选用相应的灌浆浆液及配比；

②当溶蚀裂隙灌浆很快出现回浆升压时，应继续使用当前灌注的浆液水灰比持续灌注，直至达到设计压力，灌至规定的结束标准；

③当溶蚀裂隙灌浆注入率较大、注入量达到水泥干耗至10 t后，注入率无明显变化，灌浆压力也没有提升时，应采取限流、限量的措施继续灌注至水泥干耗15 t后待凝，待凝24 h后扫孔复灌。复灌时，起灌水灰比采用与待凝前相同的水灰比，若复灌水泥干耗达15 t仍未能返浆、升压，则继续采取待凝、复灌措施处理；若复灌时注入率减小、孔内回浆、压力提升，则应持续灌注，这时不应限量，直至灌浆压力升至设计压力，灌注至规定的结束标准，该段灌浆方能结束，待凝24 h后，进行下一灌注段的施工；

④溶蚀裂隙灌浆处理时，若出现注入量较大的孔段，应注意观察下一层灌浆平洞或坝肩边坡是否有漏浆或冒浆现象，若出现漏、冒浆情况，应立即采取措施对漏、冒浆点进行封堵处理，同时，对灌浆孔采取低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法进行灌注，直至其达到规定的结束标准。

(2)溶蚀夹层或缓倾角溶蚀破碎带的灌浆施工。

溶蚀夹层或缓倾角溶蚀破碎带在钻孔过程中主要出现卡钻及孔内掉块现象，灌浆施工时应尽快升至设计压力，灌至规定的结束标准。

①当钻孔过程中出现卡钻、掉块但孔内有返水时，采用水灰比为2∶1的水泥浆液开灌，达到变浆要求时，按照规定逐级变浆灌注，若注入率逐渐变小、压力逐步上升，则应一次性灌至设计压力，达到规定的结束标准。若灌浆注入率较大，灌注至水泥干耗5 t后仍无明显变化时，则应采取低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法进行灌注，待凝24 h、扫孔后复灌，直至达到规定的结束标准；

②当钻孔过程中出现卡钻、掉块但孔内无返水时，应按照无充填型溶蚀裂隙的处理方法进行灌浆。

(3)充填型溶蚀裂隙的灌浆施工。

充填型溶蚀裂隙在钻孔过程中主要表现为孔内的返水呈黄泥色，灌浆施工时，主要采取挤压密实和置换的方法进行处理。灌浆过程中，如其他孔段出现黄泥或黄泥水串出，则待被串孔串出浓浆后封闭被串孔灌至升压。若其他边墙、边沟、底板出现黄泥或黄泥水串出，待串出黄泥部位串出浓浆后采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法进行处理。

(4)溶洞及岩溶管道的灌浆施工。

坝址区防渗帷幕线附近、尤以溶洞和岩溶管道对防渗帷幕灌浆效果产生较大影响。从前期大量的勘察工作及生产性灌浆试验成果看，帷幕线附近的溶洞(岩溶管道)多以黄泥充填、半充填和流沙(砂砾石)充填型溶洞(岩溶管道)为主。

常用的岩溶管道探测手段有：钻探、孔内录像、连通试验、投红试验、CT扫描等。

在钻孔过程中，当出现失水、掉钻、涌水等现象、灌浆中复灌未达结束标准时，应立即采取适当的方法进行探测。首先根据故障现象进行分析，然后采用有效的方法或孔内录像、或周围加孔钻探、或连通试验、或投红试验、或采用电磁波CT扫描等探明溶洞走向、水平范围及顶底板高程、有无充填物及充填物类型，再根据实际溶洞状况采取适宜的处理办法。

(5)充填、半充填型溶洞(岩溶管道)的灌浆施工。

①溶洞(岩溶管道)较大，充填物为砂子、砂砾石、采用高压灌浆难以处理时，采用高压旋喷灌浆方法进行处理。钻孔及旋喷采用SGB-300B型地质钻机(最低转速为32 r/min，)，灌浆泵采用SGB9/12型高压注浆泵(最大压力为9 MPa，排浆量为120 L/min)。钻机就位后，钻孔至溶洞(岩溶管道)底板以下0.5 m，将钻杆前端安装高压旋喷钻头，钻至需进行旋喷灌浆处理的孔深位置。施工参数初步拟定为：孔距0.5 m，水灰比为1∶1的水泥浆液，压力为4～5 MPa，旋转速度为32 r/min，提升速度为10～20 cm/min；

②溶洞(岩溶管道)充填物为砂性土、粘性土时，采用高压灌浆方法进行处理。当注入量很大，水泥干料达10 t以上时尚不起压，待凝3 d，扫孔复灌。如注入率仍然很大、灌浆压力仍然很低时，立即采取限流灌注，当干料达5 t以上仍不见效果时，立即采用间歇灌浆法，再次限量5 t，如此反复，直至达到正常结束标准为止；

③在充填物溶洞(岩溶管道)钻进难以成孔时，可采用跟管钻进，在充填物段置入花管，然后在花管内自上而下分段灌浆，将灌浆段长一般控制在1～2 m，初始水灰比不大于1；

④如溶洞(岩溶管道)充填物泥质含量高、可灌性较差时，可选用丙烯酸盐等化灌材料进行化学灌浆。

(6)无充填型溶洞(岩溶管道)的灌浆施工。

对于无充填型溶洞(岩溶管道)，采用以细石混凝土、高流态混凝土、级配料配合砂浆灌注回填结合补强灌浆的方式进行处理。

①对于大型空洞型溶洞(岩溶管道)，优先采用灌注高流态混凝土的方法进行处理。根据施工的具体条件，确定人工孔口下料法或混凝土泵下料法，下料孔径不小于110 mm；

②钻进时遇较大型岩溶无地下水或地下水流速不高时，可采用填筑骨料法(亦称骨料压浆法)进行处理。所填筑的骨料为粒径小于40 mm的碎石，下料孔径不小于110 mm。在填筑骨料前，将φ25注浆花管下入到溶洞底，待骨料填满后，从φ25注浆花管内送入有压力的水泥浆液或水泥砂浆，注入一定量后可上提一段注浆花管；若溶洞(岩溶管道)较大，为防止浆液扩散、半径过大，可在浆液中掺加适量的速凝剂，但应将初凝时间控制在10～30 min之间，并且只能间断性掺加速凝剂；

③溶洞(岩溶管道)规模大、地下水流速高时，在大口径灌浆孔内投入砂石料或混合料进行回填，或进行膜袋灌浆并降低地下水的流速，然后按上述措施灌注。必要时可灌注水泥、水玻璃双液浆或粉煤灰水泥、水玻璃双液浆、膏浆、速凝膏浆，采用双液浆孔底混合灌浆技术和速凝膏浆灌浆技术。由于掺加了活性剂和速凝水泥，其凝结时间很短(10～30 s)，可控制浆液的扩散距离，防止浆液流失，从而快速地封堵住渗水通道，便于进行高压灌浆，建成防渗帷幕；

④对于较小的空洞岩溶(岩溶管道)，可直接灌入水灰比为0.5∶1的水泥浆，若注入量很大、又无压力，可改灌水泥砂浆或膏状浆液至孔口返浆时停止灌注。

(7)连通性溶洞(岩溶管道)、溶槽的灌浆施工。

当遇到较大或连通的溶洞(岩溶管道)、溶槽等漏水严重地段时，可通过大口径钻孔或开挖竖井等手段，由施工人员进入溶洞(岩溶管道)内将溶洞(岩溶管道)或溶槽内充填的松散、不稳定的杂物、碎石土和残渣等清除干净，然后回填混凝土，最后进行补强灌浆。当溶洞、溶槽范围太大时，可在帷幕轴线上构筑混凝土防渗墙，最后进行墙下帷幕的施工。

3 结 语

针对去学水电站右岸坝址区在岩溶高度发育的情况下，根据不同的岩溶情况，采用与之对应的处理方法，在满足规范及设计要求的同时，较好地完成了岩溶处理任务，质量检查情况良好，为大坝安全蓄水奠定了基础。

(责任编辑：李燕辉)

2016-10-28

TV7;TV52;TV223.3+3

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1001-2184(2016)06-0011-04

许天龙(1982-)，男，黑龙江虎林人，去学项目部总工程师兼工程部主任，工程师，从事水电工程施工技术与管理工作.